半导体物理学课件7p-n结.ppt

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1、第六章p-n结6.1pn结及其能带图6.2pn结电流电压特性6.3pn结电容6.4pn结击穿6.5pn结隧道效应6.1pn结及其能带图冶金结＿P区和n区的交界面突变结　线性缓变结　超突变结突变结＿均匀分布，交界处突变6.1pn结及其能带图基本结构空间电荷区＝耗尽区（没有可自由移动的净电荷，高阻区）PN结的形成阻挡层耗尽区Depletionregion空间电荷区Spacechargeregion6.1pn结及其能带图空间电荷区EFn高于EFp表明两种半导体中的电子填充能带的水平不同。6.1pn结及其能带图能带图内建电势差(TheContactPotentia

2、l)VD平衡时6.1pn结及其能带图能带图n型半导体中的电子浓度为p型半导体中的电子浓度为6.1pn结及其能带图内建电势差*势垒高度~ND、NA6.1pn结及其能带图内建电势差突变结6.1pn结及其能带图空间电荷区宽度载流子分布(Carrierdistributions)6.1pn结及其能带图载流子分布6.2pn结电流理想电流电压关系外加电场与内建电场方向相反，削弱了内建电场，因而使势垒两端的电势差由VD减小为（VD-Vf），相应地势垒区变薄。外加电场削弱了漂移运动，使:漂移<扩散(1)正向偏置（Forwardbias）6.2pn结电流理想电流电压关系这种

3、由于电场作用而使非平衡载流子进入半导体的过程称为电注入。(1)正向偏置（Forwardbias）能带SpacechargeregionNeutralregionDiffusionregion这两股电流之和就是正向偏置下流过p-n结的电流。P区空穴向n区扩散——空穴扩散电流n区电子向P区扩散——电子扩散电流。(1)正向偏置（Forwardbias）电流根据电流连续性原理，通过p-n结中任一截面的总电流是相等的，只是对于不同的截面，电子电流和空穴电流的比例有所不同而已。考虑-xp截面：忽略了势垒区载流子的产生和复合：正向偏置时，半导体内的载流子浓度分布6.2p

4、n结电流理想电流电压关系理想假设1、耗尽层突变近似。空间电荷区的边界存在突变，且耗尽区以外的半导体区域是电中性的。2、载流子统计分布复合麦克斯韦-玻尔兹曼近似。3、复合小注入条件。4(a)、pn结内的电流值处处相等。4(b)、pn结内的电子电流与空穴电流分别为连续函数。4(c)、耗尽区内的电子电流与空穴电流为恒定值。6.2pn结电流理想电流电压关系计算流过p-n结电流密度的步骤：1、根据费米能级计算耗尽区边界处注入的过剩少子浓度。2、以边界处注入的过剩少子浓度作为边界条件，求解扩散区中载流子连续性方程——双极输运方程。得到过剩载流子分布表达式。3、将过剩少

5、子浓度分布带入扩散电流方程得到扩散电流密度。4、将两种载流子扩散电流密度相加，得到理想p-n结电流电压方程。6.2pn结电流理想电流电压关系1、边界条件边界条件的确定p区内：p区内少子电子浓度：n区内少子空穴浓度：6.2pn结电流理想电流电压关系6.2pn结电流理想电流电压关系2、少数载流子分布——解双极输运方程小注入n型半导体双极输运方程：当x>xn时，E=0，且令g‘=0，pn结处于稳态。6.2pn结电流理想电流电压关系6.2pn结电流理想电流电压关系3、理想pn结电流Xn处少子空穴扩散电流密度：-Xp处少子电子扩散电流密度：6.2pn结电流理想电流电

6、压关系理想关系-------肖克莱方程反向饱和电流密度6.2pn结电流理想电流电压关系物理学小结外加电场Vr与内建电场方向一致扩散<漂移(2)反向偏置（Reversebias）VD增大为（VD+Vr），相应地势垒区加宽6.2pn结电流理想电流电压关系势垒区两侧边界上的少数载流子被强电场扫过势垒区。使边界处的少子浓度低于体内。产生了少子的扩散运动，形成了反向扩散电流。6.2pn结电流理想电流电压关系6.2pn结电流理想电流电压关系类似于正向偏置的方法，可求得反向电流密度式中，Js不随反向电压变化，称为反向饱和电流密度；负号表示反向电流方向与正向电流方向相反。

7、Jr与反向电压Vr无关，是因为当反向电压V的绝对值足够大时，边界上的少子浓度为零。6.2pn结电流理想电流电压关系p-n结的正向和反向电流密度公式可统一用下列公式表示：正向：V=Vf反向：V=-Vrp-n结的伏-安特性单向导电性---整流6.2pn结电流理想电流电压关系温度影响大单边突变结I-V特性由轻掺杂一边决定。6.2pn结电流理想电流电压关系短二极管边界条件：少子浓度：少子扩散电流密度：6.2pn结电流影响p-n结伏-安特性的主要因素：产生偏差的原因：（2）在反向偏置时忽略了势垒区的产生电流。6.2pn结电流偏离理想情况（1）正向小电压时忽略了势垒区

8、的复合；正向大电压时忽略了外加电压在扩散区和体电阻上的压降。产生复